一种立体交互操作棒的制作方法
【专利摘要】一种立体交互操作棒，包括伸缩装置和位移测量装置，所述伸缩装置包括壳体和安装在所述壳体上的伸缩部件，所述位移测量装置包括振荡电路和频率检测电路，其中：所述振荡电路包括电容和电感，所述电感包括安装在所述壳体上的线圈及安装在所述伸缩部件上的磁芯，所述磁芯随所述伸缩部件伸缩而发生位移时，所述电感的电感量随之变化；所述频率检测电路，用于检测所述振荡电路输出信号的频率。上述立体交互操作棒使用的位移测量装置所需元件少，体积小，且在一般的数字系统供电电压(3.3V～5V)下即可工作，符合绝大部分电池供电电压的状况，满足在立体交互操作棒中对伸缩部件的位移量进行测量的要求。
【专利说明】一种立体交互操作棒
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种操作棒，更具体地，涉及一种立体交互操作棒。
【背景技术】
[0002]在立体显示技术中，用户的人机交互已经不再限制于二维空间，为了力求真实感，在三维空间的交互必须与视觉效果紧密结合起来。
[0003]在申请号为CN201110343305.9的中国专利申请中提到，如图1所示。立体交互操作棒上具有一个可以伸缩的头部，同时立体交互操作棒本身可以测量伸缩部件的长度。当操作棒接触到屏幕并且发生缩入的时候，屏幕内会产生一个操作棒的虚拟的延伸部分，其长度取决于操作棒测量到的缩入长度。如果操作棒伸入屏内距离已经达到预设的屏内视差所虚拟出来的物体时，客户端程序会控制接下来将发生的所有互动更新。
[0004]为了测量伸缩部件的缩入长度或其任何移动，立体交互操作棒需要具有位移测量装置，但目前的位移测量装置的电路构成复杂，供电电压高，体积难以做小，不适用于上述应用场景。
[0005]另外，为了模拟碰触到屏内虚拟物体时产生的变化的阻尼(或称为阻力)，上述方案提到以力反馈的方式来产生相应的触感，但这种方式所产生的触感与实际阻力产生的感受仍有相当的差距，不能满足真实模拟的效果。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种可以对伸缩部件的位移进行测量的立体交互操作棒。
[0007]为了解决上述问题，本发明提供了一种立体交互操作棒，包括伸缩装置和位移测量装置，所述伸缩装置包括壳体和安装在所述壳体上的伸缩部件，所述位移测量装置包括振荡电路和频率检测电路，其中:
[0008]所述振荡电路包括电容和电感，所述电感包括安装在所述壳体上的线圈及安装在所述伸缩部件上的磁芯，所述磁芯随所述伸缩部件伸缩而发生位移时，所述电感的电感量随之变化；
[0009]所述频率检测电路,用于检测所述振荡电路输出信号的频率。
[0010]较佳地，
[0011]所述位移测量装置还包括:位移计算装置，用于根据所述频率检测电路检测到的频率计算出所述伸缩部件的位移量。
[0012]较佳地，
[0013]所述振荡电路为考毕兹振荡电路、克拉泼振荡电路或西勒振荡电路。
[0014]较佳地，
[0015]所述线圈为导电材料构成的一螺线管，所述磁芯为一铁氧体磁棒，所述磁芯伸入所述螺线管的长度随所述伸缩部件伸缩而变化。[0016]较佳地，
[0017]所述伸缩装置还包括阻尼产生装置和驱动控制装置，其中:
[0018]所述阻尼产生装置固定安装在所述壳体上，且在工作时与所述伸缩部件耦合，用于对所述伸缩部件施加与其运动方向相反的阻力；
[0019]所述驱动控制装置与所述阻尼产生装置耦合，用于根据阻尼控制信号对应的驱动模式驱动所述阻尼产生装置，从而调节所述阻力的大小。
[0020]较佳地，
[0021]所述阻尼产生装置为一电磁装置、液压伸缩装置、气动伸缩装置或机械抱合装置。
[0022]较佳地，
[0023]所述阻尼产生装置包括在所述伸缩部件上装有永磁体或电磁铁；
[0024]所述阻尼产生装置还包括位于该永磁体或电磁铁运动轨迹一端外侧的一电磁铁，或者包括分别位于该运动轨迹两端外侧的两个电磁铁，或者包括分别位于该运动轨迹两端外侧的两个电磁铁以及环绕该运动轨迹分布的一个或多个电磁铁；
[0025]所述驱动控制装置包括所述电磁铁的线圈驱动电路。
[0026]较佳地，
[0027]所述伸缩部件为一动杆，所述电磁铁环绕着所述动杆的运动轨迹设置；
[0028]所述驱动控制装置还包括信号生成电路，用于根据给定的占空比生成脉宽调制信号；所述线圈驱动电路在所述脉宽调制信号和/或流向信号的作用下，改变输出到相应电磁铁的电流大小和/或方向，从而调节所述阻尼的大小。
[0029]较佳地，
[0030]所述立体交互操作棒还包括:
[0031]姿态检测装置，用于检测所述伸缩部件的姿态；
[0032]通信装置，与所述驱动控制装置和位移测量装置电连接，用于接收外部主控装置发送的阻尼信息；及将所述姿态检测装置和位移测量装置的检测结果发送给外部主控装置。
[0033]较佳地，
[0034]所述通信装置接收的阻尼信息是所述阻尼控制信号，所述通信装置将所述阻尼控制信号传送到所述驱动控制装置；
[0035]所述阻尼产生装置为一电磁装置，所述阻尼控制信号为脉宽调制的占空比信号。
[0036]上述立体交互操作棒使用的位移测量装置所需元件少，体积小，且在一般的数字系统供电电压(3.3V?5V)下即可工作，符合绝大部分电池供电电压的状况，满足在立体交互操作棒中对伸缩部件的位移量进行测量的要求。
[0037]此外，上述立体交互操作棒中的伸缩装置可以在手持设备的虚拟延伸部分碰触到虚拟物体时，产生实际的阻力，更真实地模拟出物体对手持设备产生的阻力。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是相关技术中立体交互操作棒碰触屏内虚拟物体的场景的示意图；
[0039]图2是本发明实施例一立体交互操作棒的结构示意图；
[0040]图3a、图3b是本发明实施例一振汤电路的原理图和电路图；[0041]图4是本发明实施例一振荡电路中AS与Af / f(!的关系不意图；
[0042]图5是本发明实施例二伸缩装置的结构示意图；
[0043]图6是本发明实施例三伸缩装置的结构示意图；
[0044]图7是本发明实施例四手持设备的模块示意图。
【具体实施方式】
[0045]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0046]实施例一
[0047]如图2所示，本实施例的立体交互操作棒包括伸缩装置和位移测量装置，其中:
[0048]伸缩装置包括壳体(图中未示出)和以下部件:
[0049]伸缩部件101，图中以一动杆作为示例，是整个伸缩装置的轴心部分。
[0050]导轨部件102:图中以一套筒作为示例，作为伸缩部件的导轨，也可起到支撑壳体(图中未示出)的作用。在其他实施例中，导轨部件也可以是壳体或壳体的一部分。
[0051]前限位挡环103，后限位挡环109，安装在动杆在套筒内部分的两端，共同构成于动杆的限位结构。容易理解，伸缩装置中的限位结构可以有很多种，并不局限于此示例。
[0052]位移测量装置包括:
[0053]磁芯107，图中以一铁氧`体磁棒为示例，该铁氧体磁棒可以套设在动杆内(动杆为空心)或外，也可以作为动杆中的一段。
[0054]线圈108，图中以一导电材料构成的螺线管为示例，线圈108安装在壳体上，磁芯107伸入其中，两者共同构成了一电感。
[0055]测量电路110，该测量电路包括两部分，第一部分包括振荡电路除电感外的其他元件，第二部分为一频率检测电路。
[0056]从电路结构来看，本实施例的位移测量装置包括振荡电路和频率检测电路，其中:
[0057]振荡电路包括电容和电感，电感包括安装在壳体上的线圈及安装在伸缩部件上的磁芯，磁芯随伸缩部件伸缩而发生位移时，电感的电感量随之变化。较佳地，线圈为导电材料构成的一螺线管，磁芯为一铁氧体磁棒，该磁芯伸入螺线管的长度随动杆的伸缩而变化。
[0058]频率检测电路，用于检测所述振荡电路输出信号的频率。
[0059]位移计算装置(图中未示出)，用于根据频率检测电路检测到的频率计算出伸缩部件的位移量。但在另一实施例中，位移测量装置可以不包括位移计算装置，而是通过立体交互操作棒上安装的无线通信装置将频率检测电路检测到的频率发送给外部的位移计算
>J-U ρ?α装直。
[0060]本实施例中，为了能在一般的数字系统供电电压(绝大部分为电池供电，电压为
3.3V~5V)下即可工作，所述振荡电路为低压振荡电路，进一步地，所述振荡电路为三点式振荡电路，三点式振荡电路是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。图3a给出了三点式振荡电路的原理图，在交流通路中，与晶体管T发射极相连的两个电抗元件Zee、Zbe必须为同性，而不与发射极相连的电抗元件Zcb的电抗性质与前者相反。三点式振荡电路包括电容三点式振荡电路及其改进电路，电感三点式振荡电路及其改进电路。
[0061]较佳地，本实施例的三点式振荡电路为电容三点式振荡电路(也称为考毕兹电路)，图3b是该电路的一种示例性的电路图，其中的电感Lx由磁芯107和线圈108构成，该电路振荡频率:
【权利要求】
1.一种立体交互操作棒，包括伸缩装置和位移测量装置，所述伸缩装置包括壳体和安装在所述壳体上并可伸缩的伸缩部件，其特征在于，所述位移测量装置包括振荡电路和频率检测电路，其中: 所述振荡电路包括电容和电感，所述电感包括安装在所述壳体上的线圈及安装在所述伸缩部件上的磁芯，所述磁芯随所述伸缩部件伸缩而发生位移时，所述电感的电感量随之变化； 所述频率检测电路，用于检测所述振荡电路输出信号的频率，以获得所述伸缩部件的位移量。
2.如权利要求1所述的立体交互操作棒，其特征在于: 所述位移测量装置还包括:位移计算装置，用于根据所述频率检测电路检测到的频率计算出所述伸缩部件的位移量。
3.如权利要求1或2所述的立体交互操作棒，其特征在于: 所述振荡电路为考毕兹振荡电路、克拉泼振荡电路或西勒振荡电路。
4.如权利要求1或2所述的立体交互操作棒，其特征在于: 所述线圈为导电材料构成的一螺线管，所述磁芯为一铁氧体磁棒，所述磁芯伸入所述螺线管的长度随所述伸缩部件伸缩而变化。
5.如权利要求1所述的立体交互操作棒，其特征在于: 所述伸缩装置还包括阻尼产生装置和驱动控制装置，其中: 所述阻尼产生装置固定安装在所述壳体上，且在工作时与所述伸缩部件耦合，用于对所述伸缩部件施加与其运动方向相反的阻力； 所述驱动控制装置与所述阻尼产生装置耦合，用于根据阻尼控制信号对应的驱动模式驱动所述阻尼产生装置，从而调节所述阻力的大小。
6.如权利要求5所述的立体交互操作棒，其特征在于: 所述阻尼产生装置为一电磁装置、液压伸缩装置、气动伸缩装置或机械抱合装置。
7.如权利要求5所述的立体交互操作棒，其特征在于: 所述阻尼产生装置包括在所述伸缩部件上装有永磁体或电磁铁； 所述阻尼产生装置还包括位于该永磁体或电磁铁运动轨迹一端外侧的一电磁铁，或者包括分别位于该运动轨迹两端外侧的两个电磁铁，或者包括分别位于该运动轨迹两端外侧的两个电磁铁以及环绕该运动轨迹分布的一个或多个电磁铁； 所述驱动控制装置包括所述电磁铁的线圈驱动电路。
8.如权利要求7所述的立体交互操作棒，其特征在于: 所述伸缩部件为一动杆，所述电磁铁环绕着所述动杆的运动轨迹设置； 所述驱动控制装置还包括信号生成电路，用于根据给定的占空比生成脉宽调制信号；所述线圈驱动电路在所述脉宽调制信号和/或流向信号的作用下，改变输出到相应电磁铁的电流大小和/或方向，从而调节所述阻尼的大小。
9.如权利要求1或2或5或6或7或8所述的立体交互操作棒,其特征在于:还包括: 姿态检测装置，用于检测所述伸缩部件的姿态； 通信装置，与所述驱动控制装置和位移测量装置电连接，用于接收外部主控装置发送的阻尼信息；及将所述姿态检测装置和位移测量装置的检测结果发送给外部主控装置。
10.如权利要求9所述的立体交互操作棒，其特征在于: 所述通信装置接收的阻尼信息是所述阻尼控制信号，所述通信装置将所述阻尼控制信号传送到所述驱动控制装置； 所述阻尼产生装置为一电磁`装置，所述阻尼控制信号为脉宽调制的占空比信号。
【文档编号】G06F3/0346GK103631396SQ201310631162
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】蒋凌锋 申请人:深圳超多维光电子有限公司